CN1782835A - 液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液晶显示装置，其在将液晶封入其间的2片基板上，在观察侧的基板对应各像素的可显示区域或遮光区域设置透镜构造。通过此透镜构造，放大显示像素的可显示区域或缩小显示像素周围的遮光区域，以相对性地进行遮光区域的缩小显示，并减低显示影像的粗糙感。

Description

液晶显示装置

技术领域

本发明涉及一种液晶显示装置。

背景技术

液晶显示装置，通过分别形成于2片基板的液晶侧的电极所形成的电场，控制封入于2片基板间的液晶的配向状态，而控制从具有基板及液晶的液晶单元射出至外部的光量以进行显示。该液晶单元具有多个像素，在例如主动矩阵型液晶显示装置中，在一方的基板上，在每条像素形成个别的像素电极，在另一方的基板上，在每条像素形成共通电极，并控制施加在像素电极上的电压，借此进行每条像素的显示。将1像素构成于分别形成于一对基板的上述电极挟着液晶而相对置的区域。在主动矩阵型液晶显示装置的情况下，各像素的显示区域(可射出光的区域、可显示的区域)大致相当于上述像素电极的形成区域。然而，当遮光性的像素构件或开关元件等与像素电极形成区域重叠时，与所述元件重叠的区域并不是显示区域。在多个邻接像素间的间隙中，通过所谓黑矩阵(BM)的遮光层形成遮光区域，以防止所邻接的像素间的光泄漏等。在主动矩阵型液晶显示装置的情况下，该遮光区域形成有用于将信号供给至各像素的配线及上述的开关元件。

一般而言，从确保配线或开关元件的能力的观点来看，在该形成区域中，对于作为非发光区域的所述配线及开关元件等的面积的减小有所限制。并且，从防止邻接像素间的光泄漏的观点来看，也无法使邻接像素间的遮光区域(非显示区域)变小至某程度以上。

因此，在小型(小面积)的液晶显示装置中，相对地每条像素的非显示区域较大。即，所邻接的画素之间的间隙比例会相对于显示区域变大，而非显示区域较为明显，会令人感到其显示的影像较粗糙。特别是在使用于摄影机等电子取景器(EVF)或投影器等的液晶显示装置中，由于观察的是以透镜系统来放大小型液晶显示面板的显示影像所得的影像，因此遮光区域与显示区域一起被扩大，其存在较为显著，也是使画质变差的原因。

发明内容

本发明目的在于减低遮光区域对画质的不良影响。

本发明的液晶或平面显示装置，在观察的基板侧，对应各像素或具有多个像素的像素群的可显示区域而设置透镜构造，通过上述透镜构造来放大显示上述像素或像素群的可显示区域。由此，能够相对地辨认变得相对较小的可显示区域的周围的遮光区域。

本发明的其它方案的液晶显示装置或平面显示装置，在观察的基板侧，对应以覆盖邻接的像素间隙的方式而设置的遮光区域而设置透镜构造，通过该透镜构造来缩小显示上述遮光区域。

通过以上的透镜构造，本发明可使遮光区域变得相对不明显，从而可减低影像的粗糙感。

附图说明

图1是表示液晶显示装置的基本构造的剖视图。

图2是表示遮光区域的图案的俯视图。

图3是表示本发明实施方式的透镜构造的俯视图。

图4图3的透镜构造的剖视图。

图5是表示具有透镜构造的液晶显示装置的显示情况的图。

图6是表示其它实施方式的透镜构造的剖视图。

图7是表示又一其它实施方式的透镜构造的俯视图。

图8是图7的透镜构造的剖视一实例的图。

图9是本发明其它实施方式的透镜构造的俯视图。

图10是表示本发明又一其它实施方式的透镜构造的俯视图。

图11是表示δ配置的像素及遮光区域图案例的图。

图12是适用于δ配置的像素图案的透镜构造的俯视图。

图13A至第13D是表示透镜构造的制造方法的一实例的图。

【附图符号说明】

10液晶显示装置(LCD)

12第1基板

14第2基板

16液晶层

18像素电极

20滤色器

22共通电极

24遮光层

26第1直线偏光板

28第2直线偏光板

32、40、44透镜构造

34透镜构件

36像素

38、42凸透镜

48凹透镜

50柱状凸透镜

52柱状凹透镜

60玻璃基板

62屏蔽

64凹部

具体实施方式

以下，依照附图说明本发明的实施方式。图1是示意性地表示液晶显示装置(以下称LCD)10的面板基本构造的图。LCD10是在于各像素上使用液晶作为显示元件的显示装置，其将液晶封入由例如玻璃等透明基板所构成的2片基板12、14之间，形成液晶层16而构成。以下，将图中下侧的基板称为第1基板12，而将上侧基板称为第2基板14。在第1基板12的液晶层16侧的一面上，在主动矩阵型LCD的情况下，在每条像素配置有个别的透明的像素电极18，且在该像素电极18连接有未图示的像素晶体管等。在第2基板14的液晶侧的一面上，分别形成有例如红、绿、蓝三色用的滤色器20，且在该滤色器上配置透明的共通电极22。将各滤色器20配置在与像素电极18相对向的位置，并使对应于像素电极18的形成区域的区域与各像素的显示区域大致一致。此外，在第2基板14上的各像素的边界区域形成有遮光层24。具体而言，将遮光层24配置在对应邻接像素电极18之间隙的区域，即形成于每条像素的滤色器20的边界部分，而作为整个LCD面板而言，如图2所示配置成晶格状。在2个基板12，14的外侧的一面上，配置有直线性偏光板26、28，且将偏光板配置为使彼此的偏光轴呈垂直的状态。再者，在与基板12，14的液晶接触的面上，分别形成有配向膜(未图示)，以覆盖像素电极18、共通电极22。而且，在本实施方式中，如下所述，在第1、第2基板12、14内的作为观察侧基板的基板(在此为第2基板14)的表面设置有透镜构造，该透镜构造用于放大显示具有设置成矩阵状的多个像素的显示部的可显示区域，或缩小显示遮光区域(非显示区域)。

在液晶层16中，使用具有负介电常数异向性的垂直配向型的液晶时，液晶分子的长轴方向，在未将电压施加在电极18、22间的状态下，与基板平面垂直(与平面的法线方向平行)配向。施加于电极间的电压愈高，液晶分子的长轴愈会沿着与基板平面平行的方向倾斜。在未施加电压的状态下，液晶呈垂直配向，在该状态下，通过液晶层16的光，不会产生双折射。因此，由光源30射入且通过第1直线偏光板26而形成直线偏光的光，不会在液晶层16产生双折射，而在偏光状态下直接到达第2直线偏光板28。由于第2直线偏光板28的偏光轴与到达的光的偏光轴垂直，因此，并不会使光通过，而使该像素显示最低亮度，即显示[黑色]。

在电极18、22间施加电压时，液晶的配向会根据施加电压而从基板法线方向倾斜，而使通过第1直线偏光板26而射入到液晶层16的直线偏光在液晶层16被双折射。光会随着进入液晶层16，由直线偏光并经过椭圆偏光而形成圆偏光，再变为与之前的椭圆在长轴方向上呈90°的不同的椭圆偏光，最后再变化为直线偏光。当液晶分子完全倾斜时，即，当其长轴与基板平面呈平行时，决定液晶层16的厚度以形成具有与射入时垂直的偏光面的直线偏光。该直线偏光可通过第2直线偏光板28，且其像素是表示最高亮度(白色)。此外，通过滤色器20而射出至外部的光成为与该滤色器颜色相对应的颜色。当液晶的配向为中间值时，通过液晶层16的光会变成椭圆偏光或是圆偏光，而能够通过第2直线偏光板28的仅为该偏光板的偏光轴成分。因此，该像素呈中间亮度。

液晶层中，也可使用TN(Twisted Nematic，扭转向列)液晶。使用TN液晶时，夹住该液晶的基板与液晶接触的面，设有经过磨擦(rubbing)处理的配向膜。在电极间未施加电压的状态下，具有正介电常数异向性的TN液晶，其分子的长轴会沿着配向膜的研磨方向进行初期配向。2片基板的磨擦方向以垂直的方式配置。借此，液晶分子会在基板间扭转配向。即，接近一方的基板的液晶分子以长轴沿着该基板的磨擦方向的方式配向，并随着与该基板分开，长轴的方向会扭转成与另一方的基板的研磨方向接近的状态。在电极间施加电压后，液晶分子会以与基板垂直的方式竖起并解除扭转配向状态。

电极间未施加电压时，射入至液晶层的直线偏光会通过扭转配向的液晶分子使偏光面扭转90°，并透过射出侧的偏光板。结果是，该像素会显示最高亮度。在电极间施加电压使液晶分子的扭转配向完全解除时，射入的直线偏光的偏光面部会受到液晶层的影响，而不会通过射出侧的偏光板，且该像素呈现最低亮度。通过控制所施加的电压，可调整射入光的偏光面的扭转角，并借此显示中间亮度。

以下说明透镜构造。图3以及图4表示观察侧的基板(在此为第2基板14)以及与该基板邻接而设的透镜构造。透镜构造32由玻璃制的第2基板14及折射率高于玻璃的透明材料例如丙烯酸系的有机材料的透镜构件34构成。具体而言，通过蚀刻第2基板的液晶层侧的面以形成凹部，并在第2基板14的表面以埋入该凹部的方式配置液晶层侧表面为平坦的透镜构件34。此外，在该表面平坦的透镜构件34上形成有遮光层24及各色的滤色器20，且在图4中予以省略，而在滤色器20上形成有共通电极、配向膜。在该构成中，对于从液晶层透过配向膜、共通电极、滤色器20而射入透镜构件34的光而言，该透镜构件34埋入第2基板14的凹部的部分具有凸透镜38的功能。该凸透镜38在第3及图4的例中，以1个对应于1像素36的方式形成。

在此，透镜构件34为了使第2基板14的液晶侧面与遮光层24及滤色器20之间保持距离，而具有规定的厚度。即，设定透镜构件34的厚度，以使自透镜构件34的平坦表面至与基板14的界面的光路长度具有以下用途的透镜功能所要求的光路长度：即利用该透镜构件34及基板14而充分发挥用于缩小形成有遮光层24的遮光区域并扩大可显示区域的透镜功能。

如图4所示，凸透镜38的作用为：扩大从对应像素的可显示区域而来的光束，并相对地缩小遮光层24的形成区域(遮光区域、非显示区域)。因此，观察者所实际辨识的影像如图5所示，虚像的像素36为大于点锁线所示的原来的像素36，相反地，所观察到的虚像的遮光区域24的宽度则呈细微状。借此，可使形成有遮光层24的遮光区域较不明显，而降低或消除显示影像的粗糙感。

图6是表示透镜构造的其它例的图。透镜构造40设置成作为第2基板14的观察侧的表面形状。在第2基板14的观察侧的表面形成有凸透镜42。该凸形状可通过蚀刻构成第2基板14的玻璃而获得，或利用上述丙烯酸树脂等有机树脂材料在第2基板14的平坦表面形成凸透镜。而且，在第2基板14的观察面侧，与图1同样地设置有偏光板28。在能够利用折射率比玻璃基板低的粘合剂，沿着基板14的观察面侧的凹凸形状确实地将该偏光板28粘合时，直接粘合在凹凸面。在无法仅利用粘合剂沿着凹凸面进行充分的粘合时，以埋入基板14的观察面侧的凹凸部的方式，通过例如玻璃基板使折射率低的丙烯酸树脂等形成在基板14的观察面上。

图7以及图8是表示其它实施方式的图。该实施方式的透镜构造44由以上部分构成：在液晶侧的表面的遮光区域形成凹部的第2基板14、及折射率低于玻璃的透明材料、例如丙烯酸的有机材料的透镜构件46。在第2基板14的对应于遮光区域(遮光层24)的位置，蚀刻该液晶层侧的面以形成凹部，且以埋入该凹部的方式形成透镜构件46。使形成于第2基板14的凹部变为柱状的凹透镜48，该凹透镜48与遮光层24相对向配置。因凹透镜48的存在，可使形成有遮光层24的遮光区域的宽度看起来比实际狭窄而较为不明显。

另外，透镜构造也可通过对第2基板14的观察侧的面进行加工以形成凹透镜而获得。具体而言，可通过蚀刻第2基板14的观察侧表面以在对应遮光区域的位置选择性地形成凸部而获得。此时，由于第2基板的液晶层侧的面是平坦的，因此无需图8的透镜构件46。

图9是表示透镜构造的又一其它实施方式的图。该透镜构造是与排列在显示面板的水平扫描方向(在图中为横向、以下称的为水平方向)的多个像素36对置而共通配置的柱状的凸透镜50(并非每个像素的透镜)而构成。柱状凸透镜50，与第3、4图的构造相同，可通过蚀刻第2基板14的液晶侧的表面，并组装由折射率高于玻璃的有机材料所形成的透镜构件而形成。此外，如图6所示，也可对第2基板的观察侧的面进行蚀刻加工而形成，以对应排列于水平方向的像素区域而成为柱状凸透镜。

在显示面板中，各像素的水平方向之间隙较大时，会明显地对显示质量造成不良影响，因此尽可能将水平方向的间隙设计窄。另一方面，在各像素具有薄膜晶体管(TFT)的主动矩阵型LCD的情况下，必须在1像素区域内设置用于保持每个像素所显示的数据的保持电容。而且，所述电路元件必须连接于配线，因此，大多配置为使垂直扫描方向(以下称垂直方向)的像素的间隙(遮光区域)相对于水平方向的间隙变宽。因此，使得形成用于对多个像素的间隙进行遮光的图案化成矩阵状的遮光层24的水平方向的线比垂直方向的线更宽，而延伸于水平方向的遮光区域比延伸于垂直方向的遮光区域更明显。

因此，若对水平扫描方向与垂直扫描方向(以下，称的为垂直方向)的任一方向的遮光层采取对策时，对延伸于水平方向的遮光区域采取对策的效果较高。因此，在本实施方式中，形成沿像素的显示区域延伸于水平方向上的柱状凸透镜。

通过该柱状凸透镜50，可使像素36在垂直方向被扩大辨视，相对于此，会使在垂直方向的像素间隙位置的朝水平方向延伸的遮光区域的宽度看起来较为狭窄。借此，可达到减轻粗糙感的目的。

图10是表示透镜构造的又一其它实施方式的图。该透镜构造与图9同样地，可使由朝水平方向延伸的遮光层24所形成的遮光区域看起来较为狭窄，但不同的处在于：其对应该水平方向的遮光区域而采用柱状凹透镜52。凹透镜52与第7、8图记载的构成相同，可通过蚀刻第2基板14的液晶侧的表面，并在基板14的液晶表面侧形成由折射率低于玻璃的有机材料构成的透镜构件来实现。此外，如图6所示，也可对第2基板的观察侧的面进行加工而形成。根据本实施方式，可使延伸于水平方向的遮光层24在宽度方向(垂直方向)缩小，而看起来宽度较细。借此，可减轻粗糙感。此外，如图10所示，对应朝水平方向延伸的遮光区域设置柱状凹透镜52，并且如图9所示在排列于水平方向的像素的显示区域设置柱状凸透镜50，借此可更确实地扩大显示水平方向的像素区域，缩小显示水平方向的遮光区域。

图11于每行以相隔半节距(pitch)方式配置像素的所谓的delta配置的显示装置的例。在红、绿、蓝的像素36上，分别以标示r、g、b的符号来表示。图12是对应图11的delta配置的显示装置的透镜构造的实施方式。一个凸透镜54对应分别以一个红、绿、蓝的像素所构成的显示控制上的1像素(1彩色显示单位)而配置。在本实施方式的情况下，与第3、4图相同，可将透镜配置在第2基板14的液晶层16侧的面上，也可配置在观察侧的面上。另外，即使在以红、绿、蓝所构成的1彩色显示单位的周围的遮光区域配置凹透镜，也可获得几乎相同的效果。

此外，即使是delta排列，因为沿着水平方向延伸的遮光区域的宽度比垂直方向的遮光区域宽，因此与图9或图10的实施方式相同，沿着水平方向设置透镜，使遮光区域看起来较为狭小的效果较佳。因此，与图9或图10相同，也可设置柱状的凸透镜、凹透镜。

图13是表示具有透镜构造的第2基板14的制造步骤的图。首先，在玻璃基板60上形成屏蔽(mask)62，并进行蚀刻以形成凹部64(第13A图)。在凹部64的形成面上，一次形成其折射率(约1.6)大于玻璃的折射率(1.52)的例如上述丙烯酸树脂等有机材料66，借此埋设凹部64(第13B图)。使用与埋设凹部64的有机材料相同的有机材料66涂布基板14的表面，而形成具有规定厚度的有机材料66的层(第13C图)。使该有机材料66的层作为例如图4的透镜构件34，而使在该例中埋设形成于玻璃、基板的凹部64中的部分作为凸透镜38而发挥作用。另外，将玻璃基板60作为第2基板14而使用。与透镜构件34的凸部呈相反侧的表面为平坦状，且在该平坦面上形成对应遮光区域的图案的遮光层24、滤色器20、共通透明电极22及未图示的配向膜来完成观察侧的基板(第13D图)。

根据上述制造方法，由于凸透镜38与遮光层24形成于玻璃基板60的同一面，因此与蚀刻玻璃基板的观察面侧表面且将遮光层24等形成于液晶层侧表面的方法相比较，可获得较高的对位精确度。

通过上述各实施方式，可提升外观上的开口率，并降低画质的粗糙感，提升显示质量。

此外，在上述实施方式中，以沿着形成于第2基板14侧的遮光层24的图案设置透镜构造为例加以说明，但当然不限定于第2基板侧的遮光层24的图案，若对应于显示面板的遮光区域全体的图案来设置透镜构造则更好。例如，遮光层24除了形成在第2基板14侧外，也形成在第1基板侧，此时，也考虑第1基板侧的遮光层的图案则更好。第1基板侧的遮光层也遮蔽来自LCD显示光源(特别是配置于面板后方的背光)的光，而被辨识为遮光区域。

再者，当遮光层只形成于第1基板12侧时，可对应由该遮光层所形成的遮光区域的图案而设置透镜构造，该透镜构造最好设置在作为观察侧的基板上。

此外，在一方的基板上形成有沿水平方向延伸的条纹状的电极，在另一方基板上形成有沿与一方基板的电极交叉的方向延伸的条纹状的电极的所谓被动矩阵型LCD时，也可对应电极的延伸方向而分别将沿水平方向延伸的遮光层及垂直方向的遮光层形成在不同的基板上。在这种情况下，透镜构造也较宜设置在观察侧的基板侧。

此外，在上述实施方式中，已说明在第2基板14上配置滤色器的构造，但即使在第1基板12配置滤色器的构成中采用透镜构造，也可获得同样的效果。

Claims (13)

1.一种液晶显示装置，其中，将液晶封入2片基板间，其特征在于：

在前述基板当中，在观察的基板侧，对应各像素或具有多个像素的像素群的可显示区域而设置凸透镜，通过前述透镜构造来扩大上述显示像素或像素群的可显示区域。

2.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中，上述像素群由排列在该液晶显示装置的水平扫描方向的多个像素构成。

3.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中，设置在上述可显示区域的上述透镜构造为凸透镜。

4.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中，上述透镜构造通过以下方式而形成：选择性蚀刻上述观察侧的基板的上述液晶侧的表面以形成凹状面，且用与该基板不同的折射率的层来覆盖该凸状面。

5.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中，上述透镜构造由选择性蚀刻上述观察侧的基板的上述观察侧的表面而形成的凸状面构成。

6.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中，在对应于设置在上述各像素或像素群之间隙的遮光区域的位置，也设置有上述透镜构造，而缩小显示上述遮光区域。

7.根据权利要求6所述的液晶显示装置，其中，上述透镜构造通过以下方式而形成：选择性蚀刻上述观察侧的基板的上述液晶侧的表面以形成凸状面，且用与该基板不同的折射率的层来覆盖具有该凸状面的上述基板。

8.根据权利要求6所述的液晶显示装置，其中，上述透镜构造利用选择性蚀刻上述观察侧的基板的上述观察侧的表面而形成的凹状面而构成。

9.一种液晶显示装置，在2片基板间封入液晶，其特征在于：

在上述基板当中，在观察侧的基板上，对应于设置在邻接的像素间隙的遮光区域而设置凸透镜，通过该透镜构造来缩小显示上述遮光区域。

10.根据权利要求9所述的液晶显示装置，其中，上述透镜构造对应至少延伸于水平扫描方向的上述遮光区域而设置。

11.根据权利要求9所述的液晶显示装置，其中，设置在上述遮光区域中的上述透镜构造为凹透镜。

12.根据权利要求9所述的液晶显示装置，其中，上述透镜构造由以下方式而形成：选择性蚀刻上述观察侧的基板的上述液晶侧的表面以形成凸状面，且用与该基板不同的折射率的层覆盖具有该凸状面的上述基板。

13.根据权利要求9所述的液晶显示装置，其中，上述透镜构造利用选择性蚀刻上述观察侧的基板的上述观察侧的表面而形成的凸状面而构成。

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